无砂混凝土小桩在一软基处理中的施工控制

王鹏炜

1 概述

湖北省孝襄高速公路第四合同段府河特大桥东岸K99+019～K99+125.2段,路基填土厚度为5.3 m～9.5 m。根据湖北省武汉地质工程勘察院工程地质报告显示:地表以下约10.7 m处为软土地基,为确保路基稳定,必须对该段地基进行有效处理。

软基处理质量的好坏是高速公路建设质量的重要指标,处理不妥就会失稳或存在工后沉降,将导致路面凹凸不平,影响车速和行车安全,造成经济损失和不良的社会影响,故软基的处理得到业主及施工单位的高度重视。在经过改桥、粉喷桩及无砂混凝土小桩三种处理方案的技术比较和经济比较后,决定采用投石混凝土无砂小桩处理方案进行该段施工。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该地段处于一条老河道上,地势起伏较大。

2.2 地层岩质特征

该场地地层共计六系,自上而下分别为暗红色填土层、黄褐色粉砂土、深灰色淤泥质亚砂土、深灰色淤泥质粉细砂、灰褐色粉细砂、灰褐色圆砾。

①暗红色人工填土,湿,中密,地基承载力为120 kPa,层厚0.8 m。②黄褐色粉砂土,湿,松散,呈层状分布,地基承载力为80 kPa,层厚4.5 m。③深灰色淤泥质亚砂土,饱和,微塑,地基承载力为70 kPa,层厚3.0m。④深灰色淤泥质粉细砂,饱和,松散,地基承载力为70 kPa,层厚1.2 m。⑤灰褐色粉细砂,饱和,稍松,地基承载力为100 kPa,层厚 1.2 m。⑥灰褐色圆砾,饱和,稍松,地基承载力为200 kPa,未揭穿。

3 无砂混凝土小桩的施工原理及施工工艺

3.1 施工原理

无砂混凝土小桩采用长臂螺旋钻机,将钻杆钻至设计深度的土层后,立即安置注浆管,投放碎石。用高压泵机将按照配合比制作的水泥浆通过注浆管向孔内连续投放的石料喷射。喷入桩内的水泥浆通过一系列的化学反应,在地层中与料石一同形成强度、刚度较大的桩体,同时也使桩周围的土体性质得到改善,通过桩体与桩间的土形成复合地基共同承担荷载。

3.2 无砂混凝土小桩的控制参数

1)桩径:400mm;2)桩长:L≥9.0m;3)桩距:2.0m×2.0m等边三角形布置;4)水灰比:0.8,碎石为0.5cm～1.0cm干净瓜米;5)水泥掺入量:60 kg/m;6)桩深强度:90 d无侧限抗压强度不低于2000 kPa,复合地基承载力:280 kPa;7)注浆管:壁厚1.5mm,φ 25 m钢管。

3.3 无砂混凝土小桩施工工艺流程

定桩位→钻机就位→成孔→速置注浆管→投石料→第一次注浆→(间隔8 min～10min)第二次注浆。

4 施工工艺

4.1 试桩

1)无砂混凝土小桩适用于处理粉砂土、淤泥质亚砂土、粉细砂土且地基承载力不大于100 kPa的深层复合地基。2)无砂混凝土小桩是通过注浆管将水泥与碎石强制拌和,水泥浆的搅拌次数越长,泵送时间越久,桩体质量越高。但搅拌次数、泵送时间越多,施工时间也越长,工效也就越低。通过试桩来寻求最佳的搅拌时间;确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、泥浆泵流量、钻机钻速,确保小桩的加固效果;确定软土层承载力提高的情况、加固后的沉降情况及各土层内每延米桩水泥的准确用量;在成孔过程中软弱土层是否有颈缩现象,确定最佳的成孔方式,以指导下一步小桩的大规模施工。3)试桩根数不少于5根,且必须待试桩成功后方可进行大规模施工。

4.2 施工准备

1)在施工设备进场前施工场地内做到“三通一平”,保证设备进场后能正常施工。2)无砂混凝土小桩采用32.5R普通硅酸盐袋装水泥,施工中加强对水泥采购、贮存及使用的统一管理,建立台账,并统一入库贮存。对超过3个月的变质水泥严禁使用。水泥在使用前,将水泥的样品送中心实验室试验,并定期进行抽检。3)施工机械在开工前完成所有的性能检查,具备施工过程中的良好性能,经检测合格后方可开钻。4)按照有关的设计文件要求建立沉降测量系统,以监测软基在处理完成后填土过程中的沉降和稳定。

4.3 施工控制

1)由项目部指派专人对无砂混凝土小桩施工全过程旁站监督,并将现场技术员、现场技术负责人、现场施工负责人、钻机机长、桩长、桩距等内容制成标识牌,确保人员到位,责任到人。2)桩位位置确定后,开始安装钻机。钻机就位后必须保证平稳、牢固,确保在施工中不发生倾斜移动。在调整钻杆垂直度时,在主机塔架上悬挂一垂球,通过控制垂球与机泵上、下、左、右的距离来调整垂直度。3)成孔后,应立即置放注浆管且应放置于桩中心位置,再投放石料,以使其在压浆过程中的喷浆均匀,确保桩体质量。注浆管在施工前应完成焊接,做到随用随取。4)水泥浆拌制时,搅拌时间不得小于3 min。在连续制作时,应控制好水泥和水的掺加量,按水灰比同步进行,制作好的水泥浆不得离析,泵送必须连续。5)对每根制成的桩体质量检查的重点是水泥用量、水泥浆拌制时间、泵送过程中有无断浆现象、泵送压力是否达到要求。6)为保证每延米桩的水泥掺入量以及水泥浆用量达到设计要求,搅拌机应配备电脑记录仪,同时配备水泥浆比重测定仪,以备监理工程师抽查检验。7)施工时严格按照边成孔边注浆的成桩方式进行,严禁先批量成孔后注浆的施工方式。8)无砂混凝土小桩采用二次注浆成桩的工艺进行,第一次注浆泵压控制在0.4MPa～1.0mPa之间,在间隔8 min～10min后,再进行第二次注浆。此时泵压控制在2MPa～3MPa之间,当桩顶有水泥浆徐徐冒出时,表明水泥浆已注满,可进行下一道工序。9)施工中应严格控制注浆和停浆时间。每根桩开始注浆后应连续作业,不得中途断浆,以确保注浆的连续性。10)在注浆过程中如遇停电、机械故障等突发事件,应立即采用发电机和备用设备,并及时记录中断时间,在12 h内采取补喷措施,并填报于施工记录内。11)现场施工人员认真填写施工原始记录。

5 桩质量检验

5.1 桩身轻便触探检验

检验搅拌均匀性:用轻便触探法中附带的勺钻,在桩中心钻孔,观察水泥浆的饱满度和固结情况。

5.2 钻芯检验情况(桩身龄期28 d～60 d)

外观质量良好,桩体圆匀,无颈缩和回陷,喷浆均匀,固结体无松散。

5.3 桩体静载荷试验

1)本试验采用成桩7 d后复合地基及单桩静荷载试验。由主梁、副梁(均为不同型号的工字钢)及跳板搭成反力堆载平台,平台上均匀堆放砂袋,构成加载反力系统(如图1所示)。整个试验过程严格按照国家JGJ 79-2002建筑地基处理规范附录A之规定执行。2)成桩28 d后监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力,抽查的桩数不宜少于点桩数的0.2%,不得少于 3根。试验用最大荷载量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。

5.4 外观鉴定

1)外观质量良好,桩体圆匀,无颈缩和回陷。2)喷浆均匀,固结体无松散。3)群桩桩顶整齐,间距均匀。

5.5 实测项目

无砂混凝土小桩质量实测项目见表1。

表1 无砂混凝土小桩质量实测项目

6 结语

高速公路的软基处理属于隐蔽工程,其一旦被路基填土覆盖便形成隐患不好检查;软基处理的好坏将直接影响到路基的使用寿命。因此,抓好施工过程控制和施工过程管理尤为重要。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理规范[S].

[2]JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[3]无砂混凝土小桩后处理技术在软土地基的应用[J].路基工程,2006(6):20-22.

[4]白建勇,王朝红.浅谈软弱地基处理[J].山西建筑,2008,34(36):118-119.